一種巖石結構面雙向剪切試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種巖石結構面雙向剪切試驗裝置。該裝置包括試件、壓板裝置、輥組裝置、加載裝置、數據采集裝置及底座。所述試件為以巖石結構面為界的上、下盤巖塊；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置；所述壓板裝置為上、下、左、右四塊壓板，所述下壓板置于底座上；所述輥組裝置包括四個壓輥組，將加載裝置和壓板裝置連接起來，減少試件和加載裝置之間的摩擦；所述數據采集裝置采集壓力和位移的數據。本實用新型能實現對巖石結構面試件的雙向剪切特性的研究。
【專利說明】一種巖石結構面雙向剪切試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及巖石結構面的剪切，具體涉及一種巖石結構面雙向剪切試驗裝置。
【背景技術】
[0002]巖石結構面是邊坡工程、壩基工程、采礦工程中普遍存在的介質，巖體內部大量不連續面影響并決定巖體的物理力學性質，通過剪切試驗來了解巖石結構面的力學及其變形特征，為各種巖體工程的設計及其建造提供重要的依據。
[0003]剪切強度試驗分為非限制性強度剪切試驗和限制性剪切強度試驗。非限制性強度剪切試驗在剪切面上只有剪應力存在，沒有正應力存在；限制性強度剪切試驗在剪切面上除了剪應力外，還存在正應力。較為常用的為限制性強度剪切試驗，由于施加法向壓力的壓板與巖石試樣之間存在摩擦，因此所測剪切強度為巖石試樣實際剪切強度與壓板和試樣之間摩擦力之和。
[0004]由于沒有統一的剪切試驗機的制造標準，出現了眾多巖石結構面剪切裝置，這些剪切裝置普遍是沿用巖石剪切裝置，同時，對試驗裝置的結構進行了改進，但是巖石結構面剪切與單純的巖石剪切又存在不同之處，即巖石結構面在剪切過程中，巖石結構面試樣不僅在剪切方向會產生相對滑動，而且在法線方向也會產生向上的位移，即剪脹位移。普通的巖石剪切試驗裝置由于施加剪力的壓板和巖塊表面直接接觸，壓板和巖塊表面之間的摩擦力較大，巖塊不能在壓板表面自由移動，從而限制了結構面巖塊的上下移動，得到的巖石結構面的剪脹位移量失真。因此，普通巖石剪切試驗裝置不適用于研究巖石結構面的剪脹特性。
[0005]傳統的巖石結構面的剪切裝置均為單向剪切裝置，一般限制巖石結構面的下盤巖塊，即保持巖石結構面的下盤巖塊不動，而對巖石結構面的上盤巖塊的上表面施加法向壓力，同時對上盤巖塊的側面施加剪切力，使巖石結構面上盤巖塊在下盤巖塊基底上發生相對的剪切變形，通過分析剪切力和剪切位移的關系，得到巖石結構面的抗剪強度和剪切力學特性。而巖體工程的失穩過程往往表現為巖石結構面上、下盤的同時運動，如地震作用下巖石結構面的錯動滑移。研究巖石結構面上盤和下盤同時受剪時的力學特性需要研制巖石結構面雙向剪切的試驗裝置。
實用新型內容
[0006]針對現有技術存在的上述技術問題，本實用新型提出了一種雙向剪切的巖石結構面剪切試驗裝置。
[0007]本實用新型解決上述技術問題采用的技術方案如下:包括試件、壓板裝置、加載裝置、數據采集裝置及底座；所述試件為以巖石結構面為界的上盤巖塊和下盤巖塊；所述壓板裝置包覆所述試件，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上、下壓板平行正對設置，所述左、右壓板平行錯開設置，所述下壓板置于底座上，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力；所述數據采集裝置對試件溫度、法向壓力、法向剪脹位移、加載剪切位移速率、剪切力及剪切位移進行數據采集。
[0008]上述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置中，所述法向壓力加載裝置包括上壓頭、液壓缸及加載活塞，所述上壓頭位于上壓板正上方，與液壓缸連接，加載活塞位于液壓缸內，所述加載裝置固定于反力架上。
[0009]上述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置中，所述雙向剪切力加載裝置包括相對設置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機、第一減速機、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機、第二減速機、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板正右方。
[0010]上述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置中，所述數據采集裝置包括控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計LVDT及第二位移引伸計LVDT，所述第一壓力傳感器位于加載活塞與上壓頭之間，所述第二壓力傳感器位于左壓頭和第一滾珠絲杠缸之間，所述第三壓力傳感器位于右壓頭和第二滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計LVDT位于上壓頭右上端，O
[0011]上述的巖 石結構面雙向剪切試驗裝置中，還包括輥組裝置，所述輥組裝置包括上、下、左、右四個壓輥組，所述上壓輥組位于上壓頭與上壓板之間，所述下壓輥組位于下壓板和底座之間，所述左壓輥組位于左壓頭與左壓板之間，所述右壓輥組位于右壓頭與右壓板之間。
[0012]本實用新型的有益效果在于:
[0013](I)本實用新型設置雙向加載裝置，能對巖石結構面的上、下盤巖塊同時施加剪切力得到雙向剪切下巖石結構面的抗剪強度和剪切特性。
[0014](2)本實用新型設置左右壓輥組，允許巖石結構面的上、下盤巖塊通過壓輥組自由上下移動，從而準確得到巖石結構面剪切過程中的法向位移，即剪脹位移。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的裝置結構示意圖。
[0016]圖中:1、反力架，2、液壓缸，3、加載活塞，4、第一壓力傳感器，6、第一位移引伸計1^01'，7、第二位移引伸計1^01'，8、上壓頭，9、上壓輥組，10、上壓板，11、左壓板，12、左壓輥組，13、第二滾珠絲杠缸，14、左壓頭，15、第二壓力傳感器，16、第一滾珠絲杠，17、下壓輥組，18、第一伺服電機,21、巖石結構面,22、下壓板,23、右壓板,24、右壓棍組,26、右壓頭,27、第三壓力傳感器，28、第二滾珠絲杠,29、底座,30、第二伺服電機,31、控制器，32、巖石結構面下盤巖塊，33、巖石結構面上盤巖塊,34、第一滾珠絲杠缸，36、第一減速機,37、第一滑道，38、第二減速機、39、第二滑道。
【具體實施方式】[0017]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型并不限于此。
[0018]如圖1，本實用新型的巖石結構面雙向剪切試驗裝置包括試件、加熱裝置、壓板裝置、輥組裝置、加載裝置、數據采集裝置及底座。所述試件為以巖石結構面21為界的上盤巖塊33和下盤巖塊32 ;所述壓板裝置包覆所述試件裝置，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上壓板10與下壓板22平行正對設置，所述左壓板11與右壓板23平行錯開設置，所述下壓板22置于底座29上，所述底座29固定于反力架I下端；所述上壓板10與左壓板11、下壓板22與右壓板23分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力，所述法向壓力加載裝置包括上壓頭8、液壓缸2、加載活塞3，所述上壓頭8位于上壓板10正上方，與液壓缸2連接，加載活塞3位于液壓缸2內；所述雙向剪切力加載裝置包括相對設置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機18、第一減速機36、第一滾珠絲杠16、第一滾珠絲杠缸34及左壓頭14，所述左壓頭14位于左壓板11正左方，第一伺服電機18和第一減速機36帶動第一滾珠絲杠缸34沿第一滑道37運動，從而實現左壓頭從左至右對巖石結構面上盤巖塊33施加剪切力；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機30、第二減速機38、第二滾珠絲杠28、第二滾珠絲杠缸13及右壓頭26，所述右壓頭26位于右壓板23正右方，第二伺服電機30和第二減速機38帶動第二滾珠絲杠缸13沿第二滑道39運動，從而實現右壓頭從右至左對巖石結構面下盤巖塊32施加剪切力；所述輥組裝置包括上壓輥組9、下壓輥組17、左壓輥組12和右壓輥組24，所述上壓輥組9位于上壓頭8與上壓板10之間，所述下壓輥組17位于下壓板22和底座29之間，所述左壓輥組12位于左壓頭14與左壓板11之間，所述右壓輥組24位于右壓頭26與右壓板23之間；所述數據采集裝置包括控制器31及與其相連的第一壓力傳感器4、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27、第一位移引伸計LVDT 6及第二位移引伸計LVDT 7，所述第一壓力傳感器4位于加載活塞3與上壓頭8之間，所述第二壓力傳感器15位于左壓頭14和第一滾珠絲杠缸34之間，所述第三壓力傳感器27位于右壓頭26和第二滾珠絲杠缸13之間，所述第一位移引伸計LVDT 6位于上壓頭8左端，所述第二位移引伸計LVDT 7位于上壓頭8右端。
[0019]本實用新型的工作過程如下:
[0020](I)試件制作:在礦山巷道工程現場選取茅口灰巖巖石結構面，將茅口灰巖巖石結構面上盤巖塊和下盤巖塊均成切割成:長X寬X高=20cmX IOcmX 15cm的試件。
[0021](2)施加法向壓力:通過控制器31控制法向壓力的大小為40KN，伺服裝置的液壓缸2的加載活塞3給上壓頭8提供法向壓力40KN，上壓頭8通過上壓輥組9和上壓板10將法向壓力40KN傳遞給巖石結構面上盤巖塊33。
[0022](4)施加剪切力:第一滾珠絲杠16帶動左壓頭14從左至右對巖石結構面上盤33施加剪切力，通過控制器31控制巖石結構面上盤的加載剪切位移速率為0.005mm/s ;第二滾珠絲杠28帶動右壓頭26從右至左對巖石結構面下盤巖塊32施加剪切力，通過控制器31控制巖石結構面下盤的加載剪切位移速率為0.005mm/so
[0023](5)數據采集:通過第一位移引伸計LVDT 6，第二位移引伸計LVDT 7實時采集巖石結構面剪切過程中的巖石結構面上盤巖塊33的法向剪脹位移，通過第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27采集實時巖石結構面上、下盤巖塊的剪切力的大小，同時通過第一壓力傳感器4實時控制巖石結構面巖塊的法向壓力。
[0024]上述處理條件得到的茅口灰巖巖石結構面剪切峰值強度為4.26 MPa±0.82，峰值剪脹位移為0.75 ±0.30mm。
【權利要求】
1.一種巖石結構面雙向剪切試驗裝置，其特征在于:包括試件、壓板裝置、加載裝置、數據采集裝置及底座；所述試件為以巖石結構面為界的上盤巖塊和下盤巖塊；所述壓板裝置包覆所述試件，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上、下壓板平行正對設置，所述左、右壓板平行錯開設置，所述下壓板置于底座上，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力；所述數據采集裝置對試件溫度、法向壓力、法向剪脹位移、加載剪切位移速率、剪切力及剪切位移進行數據采集。
2.根據權利要求1所述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置，其特征在于:所述法向壓力加載裝置包括上壓頭、液壓缸及加載活塞，所述上壓頭位于上壓板正上方，與液壓缸連接，加載活塞位于液壓缸內，所述加載裝置固定于反力架上。
3.根據權利要求1所述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置，其特征在于:所述雙向剪切力加載裝置包括相對設置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機、第一減速機、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機、第二減速機、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板正右方。
4.根據權利要求1所述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置，其特征在于:所述數據采集裝置包括控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計LVDT及第二位移引伸計LVDT，所述第一壓力傳感器位于加載活塞與上壓頭之間，所述第二壓力傳感器位于左壓頭和第一滾珠絲杠缸之間，所述第三壓力傳感器位于右壓頭和第二滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計LVDT位于上壓頭右上端。
5.根據權利要求1所述的巖石結構面雙向剪切試驗裝置，其特征在于:還包括輥組裝置，所述輥組裝置包括上、下、左、右四個壓輥組，所述上壓輥組位于上壓頭與上壓板之間，所述下壓輥組位于下壓板和底座之間，所述左壓輥組位于左壓頭與左壓板之間，所述右壓輥組位于右壓頭與右壓板之間。
【文檔編號】G01N3/02GK203758856SQ201420163643
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月5日 優先權日:2014年4月5日
【發明者】趙延林, 萬文, 王衛軍 申請人:湖南科技大學